Метагеномика для выявления инфекций осуществляется с использованием стандартного образца плазмы крови, что позволяет быстро назначить целенаправленное лечение, в частности для пациентов с ослабленным иммунитетом.
Когда пациент поступает в больницу с тяжелой пневмонией, лихорадка от укуса крысы это не первое, о чём думает большинство врачей. На самом деле, она находится настолько низко в списке возможных инфекционных причин, что большинство клиницистов, скорее всего, даже не стали бы её рассматривать. Но когда пришли результаты метагеномного анализа крови одного из пациентов, оказалось именно это: "крысиная лихорадка" (стрептобациллез).
«Мы тогда подумали: „Ладно, но как это могло произойти?“ — рассказал Брэдли Перкинс, главный медицинский директор компании Karius, чьё метагеномное исследование выявило патогенный микроорганизм в образце этого пациента. "Когда [врачи пациента] вернулись, чтобы поговорить с ним, пациент рассказал, что косил газон и случайно переехал мертвую крысу". Крыса была заражена бактерией Streptobacillus moniliformis, вызывающей "лихорадку от укуса крысы". Когда пациент косил траву над мертвым животным, бактерии попали в воздух в виде аэрозоля и проникли в легкие мужчины. Получив однозначный ответ о причине его пневмонии, врачи наконец смогли начать лечение.
«Когда у вас есть тест, не зависящий от гипотез, вы видите весь спектр возможных причин и врачам не приходится гадать, что именно могло стать причиной заболевания», — объясняет Перкинс. Хотя обращение к метагеномному тестированию пока не является стандартной процедурой в больницах, Перкинс и команда Karius надеются, что в скором времени это изменится. Благодаря технологии метагеномики компания Karius стремится обеспечить быструю диагностику инфекционных заболеваний с помощью простого забора крови или сбора мокроты для выявления возможных легочных инфекций. Особое внимание уделяется пациентам с ослабленным иммунитетом, у которых на фоне хронического заболевания могут развиваться микст-инфекции. Независимо от того, в какой части тела скрывается инфекция, внеклеточная ДНК микроорганизма попадает в кровоток. «Даже если это, например, глубоко засевшая инфекция в головном мозге, в отдаленных участках костей или в сердечных клапанах, мы можем обнаружить эти фрагменты в образце плазмы», — говорит Перкинс.
В традиционном процессе диагностики инфекционных заболеваний пациент приходит в больницу и врачи сначала должны предположить, что это за инфекция, а затем назначить конкретный тест, чтобы выяснить это. Если результат теста отрицательный, им приходится назначать другой тест и так далее. Этот процесс занимает время и если пациент не получает эффективного лечения, его состояние может ухудшиться. «Мы позволяем врачам избежать этого, выясняя присутствует ли в кровотоке микробная ДНК» — объясняет Перкинс. Чтобы воспользоваться именно тестом Karius, врачи назначают пациенту стандартный забор крови для получения плазмы. Затем этот образец отправляется в централизованную лабораторию, откуда на следующий день результаты отправляются обратно врачу. Сначала в образце обогащают микробную ДНК и пропускают её через высокопроизводительный секвенатор. Затем, используя собственную биоинформатическую систему и алгоритмы искусственного интеллекта, Karius сопоставляет последовательности из образца пациента со своей базой данных, содержащей около 20 000 полных геномных последовательностей. На этой основе они идентифицируют инфекционный агент (агентов) из списка, включающего более 1 000 различных патогенов.
«Нам необходимо включить в нашу базу данных гораздо больше микробов, чем те, о которых мы сообщаем, чтобы быть уверенными в том, что мы действительно выявляем именно те, которые имеют значение для врачей», — пояснил Перкинс. «Мы можем предоставить врачам количественную оценку числа фрагментов, присутствующих для конкретных микробов, и считается, что это полезно для определения вероятности того, что именно они вызывают инфекцию, а также, возможно, степени тяжести этой инфекции». Быстрое выявление инфекций имеет решающее значение для людей с ослабленным иммунитетом — не только потому, что у них могут развиваться несколько инфекций одновременно, но и потому, что эти инфекции могут помешать им получать медицинскую помощь при таких заболеваниях, как рак. «Благодаря более эффективной профилактике и лечению инфекций мы даем им возможность получить доступ к терапии и выздороветь от основного хронического заболевания, проводить больше времени с семьей в более комфортных условиях, а также помогаем врачам более эффективно ухаживать за этими людьми. Именно это и мотивирует нас», — сказал Перкинс.
Ученые компании Karius совместно с исследователями из нескольких больниц и научных учреждений сравнили тест Karius со стандартными методами диагностики инфекций у онкологических пациентов, недавно перенесших трансплантацию стволовых клеток. В ходе многоцентрового проспективного обсервационного исследования они обнаружили, что тест Karius выявляет больше возбудителей пневмонии, чем стандартные неинвазивные и инвазивные тесты. Основываясь на этих результатах, врачи «могут перейти от эмпирического назначения антибиотиков, которое сопровождается множеством нежелательных побочных эффектов, к целенаправленной терапии. Они могут отказаться от инвазивных процедур для получения дополнительных образцов, таких как бронхоскопия или пункционная биопсия, поскольку мы обеспечиваем очень быстрый срок получения результатов», — отмечает Перкинс.
В перспективе компания Karius заинтересована в выявлении дополнительных последовательностей, связанных с устойчивостью к антибиотикам, в выявленных ею бактериях, а также в поиске новых патогенов. Благодаря новой возможности тестировать легочную жидкость на наличие инфекций Перкинс ожидает, что они также смогут исследовать возможность отбора проб из других систем организма. В будущем компания надеется использовать свою технологию для изучения того, что Перкинс называет «микробной тёмной материей» — множества микробов, обитающих на поверхности и внутри организма, которые до сих пор не охарактеризованы. Но пока что основное внимание компании сосредоточено на улучшении результатов лечения для тех, кто подвержен наибольшему риску тяжелых инфекций. «Есть миллионы пациентов с ослабленным иммунитетом, но сейчас мы помогаем лишь небольшой части из них», — сказал Перкинс. «Мы стремимся и дальше совершенствовать наши возможности в этом направлении».
